基于Arduino UNO R3单片机开发板的宿舍智能门锁设计
- 项目介绍
本项目主要针对高校宿舍楼内大量寝室依然采用老式钥匙门锁，无法跟上校园整体“一卡通行”潮流的问题，在不破坏门锁主体结构的前提下，对宿舍门锁进行现代化改造升级，提高广大住宿学生的生活体验。
- 市场介绍
现如今，几乎所有高校都已普及校园卡制度，在提高同学们生活便利性的同时加强了学校对学生的管理能力。然而在宿舍楼内，大多数寝室门锁依然采用老式的钥匙门锁，这显然是与整体校园环境脱节的。据不完全统计，大多数同学都没有出门随身携带宿舍钥匙的习惯，很多同学因此遭受“有家不能回”的尴尬场面，最终只能选择叫醒熟睡的室友或是寻求宿管的帮助。由此可见，对宿舍门锁进行升级改造对广大住宿学生有着重要的意义。
- 设计思路
作为校园中随处可用的校园卡，几乎所有同学都会每天随身携带，而这或许就是宿舍门锁的最佳解决方案。当放上校园卡时，读取该卡的ID编号，传输到芯片进行判断，通过后向舵机发出旋转指令，舵机牵拉鱼线打开门锁，达到刷卡开锁效果。同时，也可使用手机NFC功能复制校园卡信息，做到手机开锁。
- 方案框图
https://www.digikey.cn/schemeit/project/宿舍智能门锁-6ef9fb55e3c640439a89b6dd3bb6f43a
当放上校园卡时，IC卡感应模块（RC522）读取该卡的ID编号，输出到主板（UNO），主板判断通过后，发出舵机（MG90S）旋转命令，舵机牵拉鱼线，鱼线牵拉门锁，开锁。
以上框图使用Scheme-it工具进行绘制。SchemeIt是digikey的在线工具，提供很多模板，许多元器件可直接调用，操作也非常方便。
- 元器件介绍
1、支持长时间微电流的供电设备
自主改造时可以选择支持小电流充电的充电宝进行供电，采用边充边放的策略。若采用普通充电宝，电流过小将会导致普通充电宝自动关闭。当作为一体式设备进入市场时，可采用充电电池+充电线的组合。
2、Ardiuno UNO R3 单片机开发板
Arduino生态中包括多种开发板、模块、扩展板。其中UNO R3是最适合入门且功能齐全使用量最多的Arduino开发板，R3也是Arduino最新的版本。除了保留之前Arduino UNO板的所有特点之外，这个R3版使用了更强大的ATmega16U2替代了8U2。（或者说是之前版本的FTDI板）这允许更快的转换速度和更大内存，使得UNO R3版本在Linux或者Mac下不需要安装任何驱动程序，（Windows系统需要inf文件）并且有能力外接键盘，鼠标，摇杆等。
Arduino UNO R3还增加了AREF边上的SDA和SCL端口。此外，RESET边上还有两个新的端口。一个端口是IOREF，它能够使扩展板适应主板的电压。另一个空的端口预留给将来扩展的可能。Arduino UNO R3能够兼容任何现存扩展板并且能用它额外的端口适应新的扩展板。
3、MG90S微型舵机
物理参数
MG90S舵机是一款微型舵机，其体积小，重量轻，方便安装，适合各种小型机器人、模型等领域的应用。
下面是MG90S舵机的一些物理参数:
- 重量:9g
- 尺寸:22.8*12.2*28.5mm
- 出力齿轮：15T/30T
- 可旋转角度：0-180度
- 工作电压：4.8V-6.0V
MG90S舵机体积小，轻量化，能够实现更灵活的安装方式。其工作电压适中，可应用在各种机械系统中。
电气特性
MG90S舵机的电气参数直接影响到其使用的可靠性和稳定性。下面是MG90S舵机的电气参数：
- 工作电压：4.8V-6.0V
- 工作电流：50-150mA
- 输出扭矩：1.8-2.2kg/cm
- 静态电流：<10uA
- 出速度：0.1秒/60度
MG90S舵机的电压范围较为适中，电流在50-150mA之间，输出扭矩较为可靠，速度相对较快，在快速移动和响应机械系统的控制方面有优点。
应用场景
作为微型舵机，MG90S舵机非常适用于小型机械系统，例如机器人的关节、模型车的方向盘、舵机等。
4、rc522 RFID无线射频识别模块
基于MFRC522 IC的RC522 RFID模块是最便宜的RFID选项之一，它通常带有一个具有1KB内存的RFID卡标签和密钥卡标签。RC522 RFID阅读器模块会建立一个13.56MHz的电磁场，用于与RFID标签（ISO 14443A标准标签）进行通信。阅读器可以通过4引脚串行外围接口（SPI）与微控制器进行通信，最大数据速率为10Mbps。它还支持通过I2C和UART协议进行通信。
MF RC522 是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低 电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携 式手持设备研发的较好选择。
MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持 ISO14443A 的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A 帧和错误检测（奇偶 &CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1 加密算法，用于验证MIFARE 系列产品。MFRC522 支持MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。作为13.56MHz 高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522 与MF RC500和 MF RC530 有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C 或串行UART(类似RS232)模式之一，有利于减少连线，缩小PCB 板体积，降低成本。
- 对本大赛的心得体会（包括意见或建议）
本次参加FastBond第2季大赛阶段1，我仔细观察，对身边不方便的宿舍门锁问题进行思考，并在此基础上提出了一种低成本的宿舍门锁改造思路，接着进行元件选择，最终得到了这套方案。在此过程中，我掌握了绘制框图、设计电路等技巧，并将对我未来的学习产生巨大的帮助。
wangyePeng卿湫天